Résumé : Cet article expose les principales fonctions du compteur d’énergie prépayé à carte à puce traditionnel, analyse ses avantages et inconvénients d’application ; présente en détail l’extension des fonctions du compteur d’énergie prépayé après l’intégration de la technologie de communication, de la technologie de contrôle intelligent et la promotion de sa valeur pratique, afin de décrire la tendance de développement technique possible du compteur d’énergie prépayé.
Mots-clés : Compteur d’énergie prépayé, application, analyse
Les factures d'électricité constituent la principale source de financement des entreprises de production et de développement. Leur facturation ponctuelle joue un rôle crucial dans la circulation de leurs capitaux. Le modèle de consommation « d'abord consommé, ensuite payé », en vigueur depuis de nombreuses années, conjugué à la grande diversité des usagers, aux moyens techniques de coupure et de rationnement de l'électricité, et à l'incompatibilité de la réglementation avec l'économie de marché, a engendré des risques considérables pour les entreprises de production et de distribution d'électricité. Ces risques ont nécessité d'importants investissements en ressources humaines, financières et opérationnelles. Dans ce contexte, et afin de mieux s'adapter à la réforme du système électrique, les compteurs prépayés se sont largement répandus.
En raison de l'immaturité des premières technologies de communication, la compatibilité du système est devenue un obstacle majeur à la généralisation et à l'application du système de télérelève automatique des compteurs pour la gestion de la consommation d'énergie électrique, notamment en raison des problèmes de compatibilité des protocoles de communication et de l'hétérogénéité des normes de fabrication. Dans ce contexte, le compteur d'énergie prépayé à carte à puce n'avait d'autre choix que de contourner les limitations de la technologie de communication.
1. Compteur d'énergie prépayé de type carte
1.1 Fonction principale
1.1.1 Fonction de comptage : comptage monophasé de l'énergie active ; sauvegarde de l'énergie historique et dispose de la fonction de gel de l'énergie.
1.1.2 Fonction multitarif : Période de réglage programmable, plusieurs tarifs. L’horloge est dotée d’une fonction de compensation de température.
1.1.3 Fonction de communication : avec interface RS485 et interface de communication infrarouge. L’interface RS485 est généralement isolée électriquement de l’intérieur du compteur et est protégée contre les surtensions de 220 V CA.
1.1.4. Fonction d'affichage : écran LCD, le bouton peut faire défiler automatiquement l'affichage, l'interface affiche des informations telles que la quantité restante, la puissance totale, le prix actuel de l'électricité, etc.
1.1.5. Fonction de copie des données lors de l'achat d'électricité : un compteur par carte, c'est-à-dire qu'un compteur ne peut être associé qu'à une seule carte à puce. Lors de l'insertion de la carte pour le passage de l'électricité, les données de consommation enregistrées par le compteur sont automatiquement copiées sur la carte à puce. Lors d'un nouvel achat d'électricité, ces données sont automatiquement enregistrées dans l'ordinateur à des fins d'archivage et de vérification.
1.1.6. Fonction de rappel de recharge du compteur : Généralement, il y a une alarme d'affichage et une alarme de panne de courant, ainsi qu'une fonction de coupure de la charge.
1.1.7. Fonction de protection contre les surcharges : En paramétrant le seuil de puissance, il est possible de couper l’alimentation en cas de surcharge côté charge. La durée de la coupure peut être réglée de deux manières : immédiate ou différée. Le rétablissement de l’alimentation s’effectue par simple pression sur un bouton ou par insertion d’une carte.
1.1.8. Fonction de prépaiement : le compteur permet de gérer l’électricité en achetant d’abord, puis en la consommant. En cas de batterie faible, le disjoncteur du compteur coupe automatiquement l’alimentation. Après recharge, le compteur se réenclenche. Une fonction de découvert autorisé a été ajoutée, permettant un découvert modéré en fonction des besoins. Le découvert autorisé est paramétrable. Une fois le découvert atteint, le compteur est mis hors tension et le montant restant est automatiquement débité lors de la prochaine recharge.
1.1.9. Fonction anti-stockage d'énergie : En raison du contrôle macro de la politique de prix de l'électricité, afin d'empêcher qu'une quantité excessive d'énergie ne soit facturée au compteur, le client est limité à ne pas facturer une trop grande quantité d'énergie en une seule fois en fixant le seuil de stockage d'énergie dans le compteur.
10. Fonction de protection de sécurité : Généralement, la technologie de carte CPU est utilisée pour la conception de la sécurité du système. L’authentification de sécurité du compteur d’énergie électrique et de la carte CPU est réalisée par le module ESAM intégré au compteur. Le microcontrôleur du compteur se charge uniquement de la transmission des données lors de l’authentification et n’intervient pas dans le chiffrement ni le déchiffrement. Lors de la vente d’électricité, une série de tests d’authentification par clé permet d’effectuer des opérations telles que la validation de la carte d’achat d’électricité, l’autorisation d’écriture sur cette carte et l’autorisation d’effacement du fichier binaire.
1.2 Principal avantage
1.2.1 Amélioration de l'efficacité et de la précision du relevé des compteurs. Grâce aux interfaces RS485 et infrarouge, le terminal portable de relevé des compteurs permet la saisie par lots sur site. Cette solution est particulièrement avantageuse compte tenu de l'augmentation considérable du nombre de compteurs d'énergie gérés par les entreprises de distribution d'électricité.
1.2.2 Résolution efficace du problème des impayés. Réduction significative des coûts opérationnels liés au recouvrement des factures d'électricité et renforcement de la sécurité du recouvrement des redevances d'électricité.
1.2.3 Résoudre les problèmes liés aux difficultés de paiement. Face à l'augmentation importante du nombre de clients et à la concentration des créneaux horaires de paiement, le modèle de facturation traditionnel est susceptible d'entraîner des engorgements. L'utilisation de compteurs d'énergie prépayés a considérablement réduit la pression sur les frais de facturation et les risques liés au service.
1.3 Problèmes rencontrés lors de l'application
1.3.1 Faible résistance aux attaques. La perte ou l'endommagement de la carte à puce, notamment de ses ports de lecture/écriture exposés, la rend vulnérable aux attaques externes. Il est difficile de recueillir des preuves après une telle attaque, ce qui peut entraîner une défaillance du système de contrôle interne et un risque accru de litiges électriques.
1.3.2 La gestion est complexe. En raison du caractère soudain et aléatoire des achats d'électricité par carte à puce, le service d'alimentation électrique est confronté à une pression accrue sur les ventes. Parallèlement, afin de garantir la sécurité des données, les cartes à processeur intelligent sont désormais largement utilisées. Leur système COS et l'authentification dynamique par clé assurent la sécurité des données, mais augmentent également la charge de travail du service de gestion de l'alimentation. De plus, la multiplication des liaisons accroît la fréquence des pannes inattendues.
1.3.3 La flexibilité de la politique tarifaire de l'électricité est limitée. Le prix de l'électricité est fixé et enregistré sur le compteur prépayé lors de l'achat. Comme ce prix ne peut être ajusté en temps réel, chaque modification engendre une charge de travail importante pour le fournisseur d'électricité et suscite des interrogations chez les clients.
1.3.4 La collecte des données n'est pas effectuée en temps opportun. Elle ne reflète pas la consommation d'électricité du client en temps réel, ne permet pas de lutter efficacement contre le vol d'électricité et ne répond pas aux besoins de gestion automatisée en temps réel de l'électricité.
1.3.5 La capacité d'adaptation du système d'achat d'électricité est limitée. Le système de prépaiement par carte à puce peine à s'intégrer efficacement aux services bancaires téléphoniques et en ligne, ainsi qu'aux autres modes d'achat d'électricité. Les clients achètent fréquemment leur électricité par carte dans les points de vente, ce qui nuit à la qualité du service et alourdit la charge de travail des fournisseurs d'électricité. C'est pourquoi, afin de résoudre les problèmes et les inconvénients liés à l'utilisation concrète des compteurs d'énergie prépayés par carte à puce, le problème de compatibilité du système de communication a été résolu. La levée des obstacles technologiques fondamentaux ouvre des perspectives considérables, potentiellement insoupçonnées, pour le déploiement à distance des compteurs d'énergie prépayés.
2. Intégration du compteur d'énergie prépayé et du système de télérelève des compteurs
2.1Les méthodes de communication de base utilisées dans les systèmes de télérelève des compteurs comprennent principalement la fibre optique, la ligne téléphonique, le bus RS485, le câble TV, Internet, la communication par courant porteur en ligne (CPL), le bus d'instrumentation, la communication par satellite, le GPRS et le CDMA. Chaque méthode présente des avantages, des inconvénients et des domaines d'application spécifiques. Compte tenu des caractéristiques du secteur de la distribution d'électricité et de l'application pratique des technologies de transmission par CPL basse tension (étalement de spectre, saut de fréquence, acheminement et relais – le compteur porteur pouvant être configuré dynamiquement comme routeur ou transpondeur par le concentrateur local via le réseau électrique), ainsi que des puces dédiées, les systèmes de télérelève des compteurs basse tension adoptent majoritairement une solution combinant la télérelève centralisée par CPL, la transmission à distance par GPRS et les compteurs prépayés.
2.2L'architecture d'un système de relevé centralisé des compteurs par courant porteur en ligne (CPL) comprend des stations de relevé centralisées, des collecteurs, des concentrateurs, des compteurs et d'autres équipements. Un réseau dédié est mis en place en fonction des spécificités du site, et le relevé, le contrôle et la gestion de la consommation d'électricité sont assurés par logiciel. Le système se compose de trois couches physiques et de deux couches liaisons. La collecte des données par la station de relevé centralisée adopte une architecture en étoile : un centre de gestion de la consommation d'énergie assure la supervision de plusieurs concentrateurs. La station de relevé centralisée est connectée aux concentrateurs de données via le réseau GPRS. Les collecteurs sont connectés par les lignes électriques basse tension et installés dans les coffrets de compteurs. Ils sont ensuite connectés en parallèle aux compteurs d'énergie des clients via une interface RS485 pour former la couche client.
2.3 Fonctionnalités du système
2.3.1 Adopter la méthode de communication PLC (courant porteur en ligne) : utilisation efficace de la structure topologique du réseau électrique, construction facile.
2.3.2 Groupe de données de base : tous les clients inclus dans le système de copie centralisé peuvent être sélectionnés pour la copie (copie ponctuelle, copie complète), la copie multipoint pour former un groupe de données de base et diverses analyses (perte de ligne, débit multiple, charge, etc.), pour répondre aux besoins de la gestion intelligente des différents clients.
2.3.3 Combinaison de logiciels et de matériel : La conception du système tient pleinement compte des besoins et du confort des utilisateurs. Sur la base du matériel fixe, toutes les fonctions du système (compensation, modification de la gestion et ajout de commandes, notamment la mise sous tension à distance) sont assurées par le logiciel.
2.3.4 Ce système présente l'avantage d'une installation aisée, d'une grande fiabilité, d'une sécurité optimale et d'une maintenance simplifiée. De plus, son coût de mise en œuvre est faible, sa maintenance simplifiée et ses coûts d'exploitation réduits.
2.4 Application des fonctions principales
Le compteur d'énergie à prépaiement à distance coopère avec le système de gestion de la consommation d'énergie pour réaliser des fonctions telles que la relève du compteur à distance, le prépaiement à distance, la prévention du vol d'électricité et la gestion de la charge.
2.4.1 Relevé de compteur à distance
La station centrale peut effectuer des relevés de compteurs aléatoires et déterminer, grâce aux données de relevé, si le compteur d'énergie installé sur site présente un dysfonctionnement ou si la consommation électrique du client est anormale. Elle peut également effectuer des relevés de compteurs selon la routine établie et transmettre ces données au système d'information de gestion du marché de l'électricité pour le calcul du coût de l'électricité. Par ailleurs, la station centrale peut configurer à distance le système pour que les compteurs d'énergie transmettent régulièrement les données de terrain.
2.4.2 prépayé à distance
Les clients peuvent acheter de l'électricité sous différentes formes afin d'éviter efficacement les pics de consommation. Lorsque le solde du compteur du client est nul, celui-ci émet un signal de déclenchement qui active le relais interne ou le disjoncteur externe pour couper l'alimentation et éviter ainsi les impayés. Le prépaiement à distance est sûr et fiable, car il élimine les problèmes tels que la non-lecture de la carte et les erreurs de transmission d'informations via la carte à puce. Par ailleurs, en cas d'ajustement du prix de l'électricité, les paramètres tarifaires du compteur individuel peuvent être modifiés par lots et en temps réel via le poste central, garantissant ainsi leur synchronisation avec les variations de prix.
2.4.3 Antivol
En cas de modification des paramètres du compteur d'énergie électrique sur site ou de dysfonctionnement (chute de tension, perte de courant, erreur de câblage, etc.), un signalement automatique est transmis au poste de contrôle. Une intervention sur site est alors effectuée. Ce système permet de limiter les pertes d'énergie et de prévenir les problèmes.
2.4.4 Gestion de la charge
La station centrale collecte les données de tension, de courant, de puissance et d'électricité du compteur d'énergie sur site pour l'analyse et la gestion de la charge. À partir des données de courant, la courbe de charge est établie afin de suivre l'évolution de la consommation électrique. Le taux de conformité de la tension est calculé à partir des données de tension. En paramétrant la limite de puissance active sur le compteur d'énergie, la consommation électrique du client est maîtrisée en cas de surcharge.
2.5 Analyse des gains
2.5.1 Grâce à la télérelève des compteurs, il est possible de réaliser d'importantes économies sur les coûts de main-d'œuvre liés aux releveurs de compteurs. Parallèlement, les erreurs de relevé manuel sont évitées et les pannes de compteurs sont détectées à temps, ce qui permet d'améliorer la qualité du service.
2.5.2 Grâce à la mise en œuvre du prépaiement, les arriérés ont été considérablement réduits, le taux de recouvrement des frais d'électricité a été amélioré et les coûts d'exploitation de la remise en service de l'électricité sur site dans le cadre de la gestion du recouvrement des frais d'électricité ont été réduits.
2.5.3 Étant donné que la surveillance en ligne de l'état de fonctionnement du compteur d'énergie électrique sur site peut être effectuée, elle peut efficacement prévenir le vol d'électricité et réduire les pertes d'électricité inconnues.
2.5.4 Grâce au contrôle automatique de la charge, le risque de surchauffe du compteur est éliminé, et le phénomène selon lequel les clients ne procèdent pas à une évaluation du prix de l'électricité et du tarif de l'énergie en fonction des heures d'utilisation en raison d'une sous-déclaration de leur capacité de consommation d'énergie est évité.
3. Scénario d'application des produits prépayés Acrel
3.1 Fonction
Collecte, contrôle et déclenchement des prélèvements pour arriérés d'électricité sur compteur prépayé ; module de gestion post-paiement ; module d'analyse de la consommation d'énergie ;
Recouvrement des loyers et des charges foncières, et des arriérés ;
Frais d'électricité partagés dans les espaces publics ;
Accès au relevé et au comptage des compteurs dans les espaces publics et les sous-stations ;
Système intégré de mesure de l'énergie prépayée + consommation énergétique du bâtiment, classée et par sous-élément ;
Gestion et contrôle financiers centralisés des groupes immobiliers, autorité distincte pour les sous-propriétés ;
La solution sans fil est facile à modifier et à déboguer.
4. Sélection rapide des produits :
5. Conclusion
Bien que les inconvénients des compteurs d'énergie prépayés traditionnels soient de plus en plus manifestes et qu'ils ne répondent plus aux exigences de la gestion moderne de l'électricité, leur utilisation reste encore assez répandue à court terme, notamment dans les régions où la clientèle est relativement dispersée. Par ailleurs, avec le développement continu de la société, les compteurs d'énergie prépayés s'intégreront de plus en plus aux technologies de communication et de contrôle intelligent (par exemple, les compteurs prépayés à distance basés sur la technologie mobile pourraient remplacer complètement les compteurs prépayés à carte à puce traditionnels). Pour les compteurs d'énergie prépayés, l'intégration de la fonction de « contrôle intelligent à distance en temps réel » est une évolution technologique inévitable qui leur permettra de s'étendre à un plus grand nombre de pays. Pour les fournisseurs d'électricité, la généralisation et l'application de cette fonction permettront également d'améliorer continuellement la gestion et la qualité du service liés à la consommation quotidienne d'électricité.
Références :
[1] Manuel de conception et d'application des microréseaux d'entreprise Acrel. Version 2022.05
Date de publication : 29 avril 2025